【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电冷综合能源系统领域，具体涉及一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统及方法。
技术介绍
1、近年来，随着云计算、物联网、人工智能、大数据、5g移动通信等技术的迅速发展，数据中心作为数据存储和信息处理的核心设施也得到持续高速增长。但与此同时，数据中心的日常运行需要大量的电力供应，以满足数据中心的冷负荷和电负荷需求，这使得其在降低能耗、脱碳过程中面临着巨大的挑战。因此，如何在保证数据中心可靠安全运行的同时，实现数据中心节能降碳的目标，已经成为了当前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统及方法，通过液氢气化、氢电转化提供一种低碳的电冷综合能源系统及方法，能够减少数据中心能耗，提高能效，降低碳排放，为目标的实现提供重要路径。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其包括氢气化模块、燃料电池模块、数据中心配电模块、数据中心制冷模块。
4、氢气化模块包括液氢罐、液氢罐出口阀门、液氢泵、液氢输运管路、液氢气化换热器。液氢罐出口与液氢输运管路连接，液氢罐出口阀门和液氢泵安装在液氢输运管路上，液氢输运管路与液氢气化换热器的液氢入口连接。液氢罐通过液氢罐出口阀门、液氢泵、液氢输运管路与液氢气化换热器连接。氢气化模块的作用是将液态氢气化为气态氢气。
5、燃料电池模块包括氢气输运管道、氢气流量计、燃料电池、燃料电池空气进
6、数据中心配电模块包括dc/dc变换器、蓄电池、配电柜、数据中心。dc/dc变换器与燃料电池的电能输出口通过电路连接，蓄电池与dc/dc变换器通过电路连接，配电柜与蓄电池通过电路连接。数据中心与配电柜通过电路连接。配电柜与电网连接，当蓄电池提供电能不足以满足数据中心电负荷时，从电网购电。数据中心配电模块的作用是将燃料电池产生的不可调的直流电变为可调的直流电，并对数据中心用电进行分配。
7、数据中心制冷模块包括液氢气化冷却水阀门、供冷换热器、液氢气化冷却水泵、液氢气化冷却水管道、数据中心供冷循环风机、供冷循环空气管道、吸收式制冷机组、燃料电池热回收冷却水箱、燃料电池热回收冷却水泵、燃料电池热回收冷却水管道、电制冷空调和温度传感器。液氢气化换热器、液氢气化冷却水阀门、供冷换热器、液氢气化冷却水泵通过液氢气化冷却水管道相连接，形成液氢气化换热回路；液氢气化冷却水泵通过液氢气化冷却水管道与液氢气化换热器的高温冷却水入口连接，液氢气化换热器的低温冷却水出口通过液氢气化冷却水管道与液氢气化冷却水阀门连接；高温冷却水经过液氢气化换热器时吸收液氢气化释放的冷能成为低温冷却水，低温冷却水流经供冷换热器时与高温空气交换热量，升温成为高温冷却水，高温空气成为低温空气；供冷换热器与供冷循环空气管道相连接，数据中心供冷循环风机安装在供冷循环空气管道中，供冷换热器、供冷循环空气管道、数据中心供冷循环风机形成供冷空气循环回路；供冷循环空气管道与数据中心连接，风机将经过供冷换热器后的低温空气吹入数据中心；燃料电池、吸收式制冷机组、燃料电池热回收冷却水箱、燃料电池热回收冷却水泵通过燃料电池热回收冷却水管道顺次相连接，形成燃料电池热回收换热回路；吸收式制冷机组与数据中心连接，通过吸收从燃料电池回收的热产生冷能，为数据中心提供冷能；为确保满足数据中心的冷负荷需求，配电柜与电制冷空调连接，电制冷空调与数据中心连接；温度传感器与数据中心连接，用于监测数据中心实时温度。数据中心制冷模块的作用是为数据中心提供冷能。
8、燃料电池模块中的燃料电池为质子交换膜燃料电池(pemfc)、碱性燃料电池(afc)、磷酸燃料电池(pafc)、固体氧化物燃料电池(sofc)和熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)中的任意一种，用于将氢气和氧气的化学能通过电化学反应直接转换成电能，不受卡诺循环的限制，能源转换效率高。
9、本专利技术还提供一种所述基于液氢气化的数据中心氢电冷综合能源系统的工作方法，该方法包括以下步骤：
10、系统的工作目标是将数据中心的温度t控制在设定范围t1-t2内。系统制冷时，温度传感器获取数据中心当前温度，控制液氢罐出口阀门打开；启动液氢泵，液氢从储氢罐流出，在液氢输运管路中经过液氢罐出口阀门、液氢泵流入液氢气化换热器的液氢入口；同时，控制液氢气化冷却水阀门打开，启动液氢气化冷却水泵，冷却水在液氢气化冷却水管道中流动，高温冷却水经过液氢气化冷却水泵流入液氢气化换热器的高温冷却水入口；液氢气化换热器中，液氢与高温冷却水换热，液氢气化释放大量冷量，气化后液氢变为氢气，从液氢气化换热器的氢气出口流出，流入氢气输运管道；高温冷却水回收液氢气化释放的冷量后温度降低，成为低温冷却水，从液氢气化换热器的低温冷却水出口流出，流入液氢气化冷却水管道；
11、低温冷却水通过液氢气化冷却水管道流入供冷换热器的低温冷却水入口，在供冷换热器内与高温空气交换热量，升温成为高温冷却水，流入液氢气化冷却水管道；高温空气流经供冷换热器成为低温空气，流入供冷循环空气管道，数据中心供冷循环风机将低温空气吹入数据中心，起到制冷作用；低温空气经过数据中心后升温成为高温空气，进入供冷循环空气管道；
12、同时，控制燃料电池空气进气阀门打开，启动燃料电池空气进气风机，空气通过燃料电池空气进气管道进入燃料电池的空气入口；从液氢气化换热器的氢气出口流出的氢气通过氢气输运管道进入燃料电池的氢气入口；氢气流量计安装在氢气输运管道用于监测氢气流量，空气流量计安装在燃料电池空气进气管道用于监测空气流量；氢气和空气中的氧气进入燃料电池后发生氧化还原反应产生电能，并释放大量热；燃料电池产生的电能通过电路输入dc/dc变换器，燃料电池输出的不可调的直流电进入dc/dc变换器输出为可调稳定的直流电，稳定的直流电通过电路输入蓄电池，蓄电池输出的电输入配电柜，供数据中心使用；
13、启动燃料电池热回收冷却水泵，燃料电池热回收冷却水箱中的低温冷却水流出，通过燃料电池热回收冷却水管道流入燃料电池冷却水入口，将燃料电池中氢气和氧气氧化还原反应产生的大量热带走回收，变为高温冷却水，从燃料电池冷却水出口流出；高温冷却水流入吸收式制冷机组，吸收式制冷机组吸收高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，包括氢气化模块(1)、燃料电池模块(2)、数据中心配电模块(3)、数据中心制冷模块(4)，所述氢气化模块(1)用于将液态氢气化为气态氢气；所述燃料电池模块(2)用于利用所述氢气化模块(1)产生的氢气和空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能；所述数据中心配电模块(3)用于将所述燃料电池模块(2)产生的不可调的直流电变为可调的直流电，并对数据中心用电进行分配；所述数据中心制冷模块(4)用于从所述氢气化模块(1)和燃料电池模块(2)回收热量并产生冷能，从而为数据中心提供冷能。
2.根据权利要求1所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的氢气化模块(1)包括液氢罐(11)、液氢罐出口阀门(12)、液氢泵(13)、液氢输运管路(14)和液氢气化换热器(15)；所述液氢罐(11)的出口与所述液氢输运管路(14)连接，所述液氢罐出口阀门(12)和液氢泵(13)安装在液氢输运管路(14)上，所述液氢输运管路(14)与液氢气化换热器(15)的液氢入口连接；所述液氢罐(11)通过液氢罐出口阀门(12)、液
3.根据权利要求2所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的燃料电池模块(2)包括氢气输运管道(21)、氢气流量计(22)、燃料电池(23)、燃料电池空气进气风机(24)、燃料电池空气进气管道(25)、燃料电池空气进气阀门(26)和空气流量计(27)；所述液氢气化换热器(15)的氢气出口与氢气输运管道(21)连接，所述氢气流量计(22)安装在氢气输运管道(21)上，所述氢气输运管道(21)与燃料电池(23)的氢气入口连接；所述液氢气化换热器(15)通过氢气输运管道(21)、氢气流量计(22)与所述燃料电池(23)连接；所述燃料电池空气进气风机(24)与燃料电池空气进气管道(25)连接，所述燃料电池空气进气阀门(26)和空气流量计(27)安装在所述燃料电池空气进气管道(25)上，所述燃料电池空气进气管道(25)与燃料电池(23)的空气入口连接；所述燃料电池空气进气风机(24)通过燃料电池空气进气管道(25)、燃料电池空气进气阀门(26)、空气流量计(27)与所述燃料电池(23)连接；所述氢气流量计(22)用于监测氢气流量，所述空气流量计(27)用于监测空气流量。
4.根据权利要求3所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的数据中心配电模块(3)包括DC/DC变换器(31)、蓄电池(32)、配电柜(33)和数据中心(34)；所述DC/DC变换器(31)与所述燃料电池(23)的电能输出口通过电路连接，所述蓄电池(32)与DC/DC变换器(31)通过电路连接，所述配电柜(33)与蓄电池(32)通过电路连接；所述数据中心(34)与配电柜(33)通过电路连接；所述配电柜(33)与电网连接，当蓄电池(32)提供电能不足以满足数据中心(34)电负荷时，从电网购电。
5.根据权利要求4所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的数据中心制冷模块(4)包括液氢气化冷却水阀门(41)、供冷换热器(42)、液氢气化冷却水泵(43)、液氢气化冷却水管道(44)、数据中心供冷循环风机(45)、供冷循环空气管道(46)、吸收式制冷机组(47)、燃料电池热回收冷却水箱(48)、燃料电池热回收冷却水泵(49)、燃料电池热回收冷却水管道(410)、电制冷空调(411)和温度传感器(412)；所述液氢气化换热器(15)、液氢气化冷却水阀门(41)、供冷换热器(42)、液氢气化冷却水泵(43)通过所述液氢气化冷却水管道(44)相连接，形成液氢气化换热回路；所述液氢气化冷却水泵(43)通过液氢气化冷却水管道(44)与液氢气化换热器(15)的高温冷却水入口连接，所述液氢气化换热器(15)的低温冷却水出口通过液氢气化冷却水管道(44)与液氢气化冷却水阀门(41)连接；所述高温冷却水经过液氢气化换热器(15)时吸收液氢气化释放的冷能成为低温冷却水，低温冷却水流经供冷换热器(42)时与高温空气交换热量，升温成为高温冷却水，高温空气成为低温空气；所述供冷换热器(42)与供冷循环空气管道(46)相连接，数据中心供冷循环风机(45)安装在供冷循环空气管道(46)中，供冷换热器(42)、供冷循环空气管道(46)、数据中心供冷循环风机(45)形成供冷空气循环回路；所述供冷循环空气管道(46)与数据中心(34)连接，所述数据中心供冷循环风机(45)将经过供冷换热器(42)后的低温空气吹入数据中心(34)；所述燃料电池(23)、吸...
【技术特征摘要】
1.一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，包括氢气化模块(1)、燃料电池模块(2)、数据中心配电模块(3)、数据中心制冷模块(4)，所述氢气化模块(1)用于将液态氢气化为气态氢气；所述燃料电池模块(2)用于利用所述氢气化模块(1)产生的氢气和空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能；所述数据中心配电模块(3)用于将所述燃料电池模块(2)产生的不可调的直流电变为可调的直流电，并对数据中心用电进行分配；所述数据中心制冷模块(4)用于从所述氢气化模块(1)和燃料电池模块(2)回收热量并产生冷能，从而为数据中心提供冷能。
2.根据权利要求1所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的氢气化模块(1)包括液氢罐(11)、液氢罐出口阀门(12)、液氢泵(13)、液氢输运管路(14)和液氢气化换热器(15)；所述液氢罐(11)的出口与所述液氢输运管路(14)连接，所述液氢罐出口阀门(12)和液氢泵(13)安装在液氢输运管路(14)上，所述液氢输运管路(14)与液氢气化换热器(15)的液氢入口连接；所述液氢罐(11)通过液氢罐出口阀门(12)、液氢泵(13)、液氢输运管路(14)与所述液氢气化换热器(15)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的燃料电池模块(2)包括氢气输运管道(21)、氢气流量计(22)、燃料电池(23)、燃料电池空气进气风机(24)、燃料电池空气进气管道(25)、燃料电池空气进气阀门(26)和空气流量计(27)；所述液氢气化换热器(15)的氢气出口与氢气输运管道(21)连接，所述氢气流量计(22)安装在氢气输运管道(21)上，所述氢气输运管道(21)与燃料电池(23)的氢气入口连接；所述液氢气化换热器(15)通过氢气输运管道(21)、氢气流量计(22)与所述燃料电池(23)连接；所述燃料电池空气进气风机(24)与燃料电池空气进气管道(25)连接，所述燃料电池空气进气阀门(26)和空气流量计(27)安装在所述燃料电池空气进气管道(25)上，所述燃料电池空气进气管道(25)与燃料电池(23)的空气入口连接；所述燃料电池空气进气风机(24)通过燃料电池空气进气管道(25)、燃料电池空气进气阀门(26)、空气流量计(27)与所述燃料电池(23)连接；所述氢气流量计(22)用于监测氢气流量，所述空气流量计(27)用于监测空气流量。
4.根据权利要求3所述的一种基于液氢气化的数据中心电冷综合能源系统，其特征在于，所述的数据中心配电模块(3)包括dc/dc变换器(31)、蓄电池(32)、配电柜(33)和数据中心(34)；所述dc/dc变换器(31)与所述燃料电池(23)的电能输出口通过电路连接，所述蓄电池(32)与dc/dc变换器(31)通过电路连接，所述配电柜(33)与蓄电...
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